李志豐，譚彥顯，黃正茂

（湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

0 引言

液壓閥是液壓系統(tǒng)的控制元件，用來(lái)控制液體的壓力、流量和方向，在裝備領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。內(nèi)泄漏量是液壓閥的重要性能指標(biāo)，內(nèi)泄漏量過(guò)大會(huì)使液壓系統(tǒng)裝配主機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作不到位，難以精確控制動(dòng)作軌跡，嚴(yán)重時(shí)可能造成安全事故。

1 內(nèi)泄漏原因分析

液壓閥工作時(shí)，液壓油通過(guò)閥芯和閥體之間的間隙，從閥的高壓區(qū)流向低壓區(qū)，從而造成內(nèi)泄漏。引起液壓閥內(nèi)泄漏的原因有很多，液壓閥生產(chǎn)過(guò)程中的裝配質(zhì)量問(wèn)題，例如：閥芯前端錐面與閥芯外圓不同軸、閥體孔與閥芯同軸度差、閥芯裝配時(shí)外圓與閥體孔配合間隙大而在孔內(nèi)產(chǎn)生歪斜。液壓閥在使用過(guò)程中，容易受油液污染等因素的影響，引起閥芯與閥套之間密封面的磨損、拉傷、腐蝕、偏心等，都會(huì)造成內(nèi)泄漏的變化。

2 液壓閥內(nèi)泄漏量要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10364—2014《液壓?jiǎn)蜗蜷y》規(guī)定，以礦物油型液壓油或性能相當(dāng)?shù)钠渌后w為工作介質(zhì)的部分板式單向閥、疊加式單向閥、管式單向閥、板式液控單向閥、疊加式液控單向閥、管式液控單向閥內(nèi)泄漏量≤0.2 mL/min。普通單向閥的內(nèi)泄漏量要求見(jiàn)表1。

表1 普通單向閥內(nèi)泄漏量要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10368—2014《液壓節(jié)流閥》規(guī)定，以礦物油型液壓油或性能相當(dāng)?shù)钠渌后w為工作介質(zhì)的部分節(jié)流截止閥內(nèi)泄漏量≤1.0 mL/min，具體要求見(jiàn)表2。

表2 節(jié)流截止閥內(nèi)泄漏量要求

3 液壓閥內(nèi)泄漏量檢測(cè)存在的問(wèn)題

現(xiàn)有的各種流量傳感器和流量計(jì)（包括液壓試驗(yàn)常用的橢圓齒輪流量計(jì)、蝸輪流量計(jì)和齒輪流量計(jì)）均不能測(cè)量1.0 mL/min 以下的微小內(nèi)泄漏。這是因?yàn)槲⑿×髁坎蛔阋允宫F(xiàn)有流量計(jì)的傳感元件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而且現(xiàn)有流量計(jì)的計(jì)量發(fā)信裝置不能識(shí)別微小的角位移。液壓閥微小內(nèi)泄漏測(cè)量的常用方法有量杯和秒表法，是通過(guò)向液壓閥油口注滿液壓油并加壓至規(guī)定壓力，在另一油口用量杯測(cè)量泄漏油的體積，并用秒表記錄泄漏時(shí)間，這種測(cè)量方法測(cè)得的是平均內(nèi)泄漏量，需要時(shí)間較長(zhǎng)，而且檢測(cè)精度低。

針對(duì)液壓閥微小內(nèi)泄漏難以精確檢測(cè)的問(wèn)題，專家學(xué)者們對(duì)內(nèi)泄漏進(jìn)行了相關(guān)研究，并提出了許多解決辦法。宋飛[1]等對(duì)液壓滑閥內(nèi)泄漏規(guī)律進(jìn)行研究，搭建了滑閥內(nèi)泄漏模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)10 mm、16 mm、20 mm 閥芯直徑的滑閥正常間隙（5 μm）和過(guò)大間隙（40 μm）下的泄漏規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，無(wú)論在正常間隙還是過(guò)大間隙下，滑閥內(nèi)泄漏都是層流，并得到了徑向間隙、密封長(zhǎng)度、壓差、閥芯直徑等因素對(duì)泄漏量的影響規(guī)律。此外，發(fā)現(xiàn)由層流公式得出的理論泄漏量與實(shí)測(cè)泄漏量總會(huì)存在一定的偏差，分析得出偏差可能是由于油液溫度、閥芯偏心、傾斜和流態(tài)的變化引起的。余忠華、陸彬[2]發(fā)明了一種液壓閥的內(nèi)泄漏量檢測(cè)裝置，該裝置通過(guò)稱重傳感器/變送器將泄漏油的重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入到單片機(jī)，再換算成內(nèi)泄漏量。沈延康[3]等發(fā)明了一種液壓閥內(nèi)泄漏的檢測(cè)方法及其裝置，該裝置采用液壓油缸和位移傳感器組合方式，通過(guò)檢測(cè)液壓油缸活塞的位移，換算出一段時(shí)間內(nèi)被測(cè)試液壓閥的泄漏量，進(jìn)行液壓閥內(nèi)泄漏的檢測(cè)。

4 新型內(nèi)泄漏檢驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

為了解決上述問(wèn)題，提出了一種新型液壓閥微小內(nèi)泄漏檢驗(yàn)裝置，其原理如圖1 所示。

圖1 新型液壓閥微小內(nèi)泄漏檢驗(yàn)裝置

磁致伸縮液位傳感器包括探測(cè)管體、探測(cè)桿、浮子和信號(hào)處理模塊。探測(cè)管體豎直設(shè)置并與測(cè)試油管連通，泄漏的油液由測(cè)試油管流入探測(cè)管體中，引起探測(cè)管體內(nèi)部的油液液位變化。探測(cè)桿位于探測(cè)管體內(nèi)部，且探測(cè)桿與探測(cè)管體同軸設(shè)置。浮子滑動(dòng)設(shè)置于探測(cè)桿上，內(nèi)部設(shè)有磁環(huán)，漂浮于探測(cè)管體內(nèi)部的油液液面上，隨油液液面的變化發(fā)生高度位置的變化。信號(hào)處理模塊與探測(cè)桿連接，用于向探測(cè)桿發(fā)送和接收電磁信號(hào)。

探測(cè)桿內(nèi)部設(shè)有波導(dǎo)絲的波導(dǎo)管，與帶有磁環(huán)的浮子配合，磁環(huán)連接浮子，在波導(dǎo)管上產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。通過(guò)磁致伸縮技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)管體內(nèi)部液位變化的檢測(cè)。探測(cè)桿內(nèi)部設(shè)有兩層用于保護(hù)波導(dǎo)絲的絕緣套管，探測(cè)桿還包括返回導(dǎo)線和末端的阻尼元件等。

信號(hào)處理模塊包括相互連接的信號(hào)發(fā)生組件、回波檢測(cè)組件和控制器，通過(guò)信號(hào)發(fā)生組件發(fā)送激勵(lì)脈沖，通過(guò)回波檢測(cè)組件檢測(cè)回波脈沖，通過(guò)控制器進(jìn)行內(nèi)泄漏量的計(jì)算。控制器為PLC 可編程邏輯控制器，具有自動(dòng)計(jì)時(shí)功能，通過(guò)測(cè)量激勵(lì)脈沖發(fā)射和回波之間的時(shí)間間隔精確測(cè)量波導(dǎo)管內(nèi)的超聲波速度，將接收返回信號(hào)所需的時(shí)間轉(zhuǎn)換為高精度、可重復(fù)的線性位移測(cè)量值，從而轉(zhuǎn)化為被測(cè)體的位移量，即液面變化量L。若探測(cè)管體內(nèi)部的橫截面與探測(cè)桿的橫截面之差為S，則待測(cè)液壓閥的內(nèi)泄漏量Q=LS/T。

探測(cè)管體上設(shè)有與液壓油箱連通的支管，支管水平設(shè)置，管上設(shè)有第三控制閥。當(dāng)進(jìn)行待測(cè)液壓元件的內(nèi)泄漏量測(cè)量時(shí)將第三控制閥打開(kāi)，當(dāng)待測(cè)液壓閥內(nèi)泄漏量過(guò)大時(shí)會(huì)造成探測(cè)管體內(nèi)部的油液液面過(guò)高，此時(shí)油液可從支管流入液壓油中，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁致伸縮液位傳感器的保護(hù)。

該裝置包括可移動(dòng)安裝座，可移動(dòng)安裝座上設(shè)置有測(cè)試油管、液壓油箱和磁致伸縮液位傳感器，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量裝置的整體移動(dòng)，可以在不同試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行液壓閥的內(nèi)泄漏檢測(cè)?？梢苿?dòng)安裝座上設(shè)有安裝架，用于固定安裝測(cè)試油管、液壓油箱和磁致伸縮液位傳感器，可移動(dòng)安裝座底部設(shè)有萬(wàn)向輪，用于安裝座的自由移動(dòng)。

裝置的磁致伸縮液位傳感器采用MTS 的RHM0590MR021A01型傳感器，其具體的技術(shù)參數(shù)為：D/A 分辨率16 bit，0.001 5%滿量程（最小1 μm）；行程590 mm；非線性度＜滿量程的±0.01%（最小±50 μm）；重復(fù)精度＜滿量程的±0.001%（最小±1 μm）；滯后精度＜4 μm。數(shù)據(jù)采集卡采用NI USB-6210 型采集卡，其具體技術(shù)參數(shù)為：總線連接器USB；最大單端模擬輸入通道數(shù)量16 個(gè)；最大差分模擬輸入通道數(shù)量8 個(gè)；最大采樣率250 kS/s；模擬輸入分辨率16 bit；模擬輸入絕對(duì)精度2960 μV；計(jì)數(shù)器/定時(shí)器數(shù)量2 個(gè)；正面連接方式為螺栓端子；電源輸入為總線供電方式；緩存容量4095 個(gè)樣本。

5 新型內(nèi)泄漏檢驗(yàn)裝置使用方法

該裝置使用方法如下：

（1）將待測(cè)液壓閥內(nèi)部的空氣排出。

（2）打開(kāi)第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥，使液壓油箱中的油液輸入至待測(cè)液壓閥的出油口一端，然后關(guān)閉第二控制閥。

（3）通過(guò)進(jìn)油管向待測(cè)液壓閥的進(jìn)油口一端輸入油液，使待測(cè)液壓閥內(nèi)部的液壓油壓力達(dá)到額定壓力或用戶指定的壓力，使磁致伸縮液位傳器的探測(cè)管體內(nèi)部的油液達(dá)到基礎(chǔ)液位。

（4）對(duì)待測(cè)液壓閥的內(nèi)泄漏進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)磁致伸縮液位傳感器的信號(hào)處理模塊得到待測(cè)液壓閥的內(nèi)泄漏量。

6 結(jié)論

研究液壓閥微小內(nèi)泄漏的檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置將液壓閥的內(nèi)泄漏量轉(zhuǎn)化為液位的上升量，通過(guò)磁致伸縮液位傳感器測(cè)量液位變化，從而得到液壓閥的內(nèi)泄漏量。該方法可以在裝置的有效行程內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，具有效率高、精度高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。